Thiết kế hệ thống Điều hoà không khí cho một khu học đường đặt tại Hà Nội

hát triển của các ngành khoa học kỹ thuật thì lĩnh vực kỹ thuật điều tiết không khí (ĐTKK) cũng đã phát triển mạnh, đặc biệt trong những năm gần đây kỹ thuật ĐTKK với nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này đã được các hãng sản xuất của nhiều quốc gia trên thế giới ứng dụng để sản xuất ra máy móc thiết bị điều tiết không khí phục vụ cho công nghệ và đời sống con người nhằm nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm của xã hội. Việt Nam là đất nước có khí hậu nóng và ẩm. Do đó ĐTKK có ảnh hưởng lớn đến đời sống con người và tình trạng sản xuất đó là năng suất lao động, chất lượng sản phẩm… việc tạo ra vi khí hậu có nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ chất khí độc hại phù hợp với yêu cầu công nghệ của từng ngành nghề là một yếu tố cấp thiết cùng với sự phát triển của đất nước. Sau một quá trình học tập, nghiên cứu, dưới sự giảng dạy của các thầy, các cô giáo em được giao thực hiện bản đồ án thiết kế hệ thống Điều hoà không khí cho một khu học đường đặt tại Hà Nội. Bản đồ án gồm bốn chương như sau: Chương I: ý nghĩa của ĐHKK nói chung và đặc biệt trong lĩnh vực bảo quản giấy. Chương II: Mô tả toà nhà và tính toán nhiệt. Chương III: Một số phương án ĐHKK và chọn phương án tối ưu. Chương IV: Chọn máy và thiết kế hệ thống ĐHKK. Quá trình làm đồ án, do còn hạn chế về chuyên môn và kiến thức thực tế nên bản đồ án này chỉ ở mức độ ban đầu của sự thiết kế một hệ thống điều hoà và chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy. Chương i ý nghĩa của điều hoà không khí nói chung và đặc biệt trong lĩnh vực bảo quản giấy i. ý nghĩa của điều hoà không khí nói chung Ngày nay đất nước đang từng bước phát triển ngày càng lớn, các ngành công nghiệp, nông nghiệp, ngư nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghiệp mũi nhọn đang từng bước phát triển không ngừng nhằm góp phần tạo ra các mục tiêu mà Đảng và Nhà nước đã đặt ra. Cùng lúc đó nhu cầu xã hội ngày càng nhiều, con người không chỉ đòi hỏi những sản phẩm chỉ lại ở số lượng chất lượng mà còn đòi hỏi cả về hình thức mẫu mà gọn nhẹ tiện sử dụng. Đời sống con người ngày càng được nâng cao, ngoài nhu cầu về ăn uống, may mặc, nhu cầu về một môi trường sống và làm việc thật thuận lợi, tiện nghi. Để tạo điều kiện và hỗ trợ tốt cho các ngành phát triển, đồng thời đáp ứng được những yêu cầu, đòi hỏi ngày càng cao của con người và công nghệ, ngành nhiệt lạnh nói chúng và điều hoà không khí nói riêng đã tham gia điều hoà không khí cho các trung tâm thương mại, bệnh viện… nhằm duy trì một môi trường sống thuận lợi để con người và máy móc phương tiện làm việc có hiệu quả tốt nhất. Lợi ích của điều hoà không khí đem lại là rất lớn, nhất là trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay khi đất nước cần có những bước tiến vượt bậc về kinh tế và khoa học. Vì vậy mà vai trò của điều hoà không khí là không thể thiếu được trong giai đoạn hiện nay. 1. ảnh hưởng của điều hoà không khí đối với con người Yếu tố khí hậu ảnh hưởng đến con người thể hiện qua các chỉ tiêu: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ lưu chuyển của không khí wk, nồng độ các chất độc hại trong không khí. Sự có mặt của điều hoà không khí đã góp phần tạo ra một không gian, một môi trường sống và làm việc có các yếu tố khí hậu thuận lợi và phù hợp với yêu cầu của con người. Nhiệt độ là yếu tố gây cảm giác nóng lạnh rõ rệt nhất đối với con người. Điều hoà không khí đem lại sự trao đổi nhiệt tốt với môi trường, tạo cảm giác mát mẻ, ấm áp bằng cách thay đổi nhiệt độ môi trường theo từng mùa phù hợp với yêu cầu và sở thích của con người. Độ ẩm tương đối của không khí, nồng độ các chất độc hại cũng là một trong những yếu tố mà điều tiết không khí tham gia, tác động nhằm tạo ra một môi trường sống và làm việc thuận lợi nhất cho con người, giúp cho con người hoạt động và làm việc có hiệu quả nhất đóng góp vào sự phát triển của xã hội. 2. ảnh hưởng của điều hoà không khí đối với sản xuất Ngoài việc điều hoà tiện nghi cho các phòng có người như nhà ở, nhà hàng, nhà hát, rạp chiếu phim, hội trường…. thì việc điều hoà công nghệ cũng đã được công nhận. Điều hoà công nghệ bao gồm nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau, trong đó có sợi dệt, thuốc lá, in ấn, phim ảnh, dược liệu, công nghệ giấy… Lợi ích của điều hoà không khí đối với sản xuất rất lớn, khi mà nền kinh tế thị trường đang phát triển mạnh mẽ, sản phẩm đòi hỏi sự cạnh tranh cao. Điều hoà không khí tạo ra nhiệt độ đáp ứng được với những yêu cầu khắt khe của công nghệ. Một số ngành sản xuất như bánh kẹo cao cấp đòi hỏi nhiệt độ không khí khá thấp (ví dụ, ngành chế biến socola cần nhiệt độ 7-80C, kẹo cao su: 200C), nhiệt độ cao sẽ làm hư hỏng sản phẩm. Một số ngành sản xuất và các trung tâm điều khiển tự động, trung tâm đo lường chính xác cũng cần duy trì nhiệt độ ổn định và khá thấp (20 –220C), nhiệt độ không khí cao sẽ làm máy móc, dụng cụ kém chính xác. Quan trọng hơn điều hoà không khí còn tạo được độ ẩm thích hợp với từng sản phẩm. Độ ẩm là yếu tố ảnh hưởng đến sản xuất nhiều hơn nhiệt độ. Độ ẩm thấp làm tăng nhanh sự thoát hơi nước trên một sản phẩm, do đó tăng hao trọng, làm giảm chất lượng sản phẩm. Nhưng nếu độ ẩm lớn càng làm môi trường dễ phát sinh nấm mốc, còn đối với máy móc, vi điện tử, bán dẫn, độ ẩm cao làm giảm cách điện, gây nấm mốc làm máy móc dễ hư hỏng. Điều hoà không khí trong quá trình bảo quản sẽ làm cho sản phẩm có vẻ đẹp, giữ được chất lượng sản phẩm trong thời gian dài hơn, qua việc làm sạch không khí và tạo tốc độ không khí hợp với yêu cầu của sản phẩm. Tóm lại điều hoà không khí đã gián tiếp hay trực tiếp tác động thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp, qua đó góp phần vào sự phát triển của đất nước. ii. ý nghĩa điều hoà không khí trong lĩnh vực bảo quản giấy Việt Nam là một nước có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm, đây là một nhân tố ảnh hưởng rất lớn đến nhiều sản phẩm trong đó có sản phẩm giấy. Song hành với sự phát triển của xã hội, nhu cầu của con người và công nghệ đối với các sản phẩm ngày càng một cao hơn. Trong khi sản phẩm của các đơn vị sản xuất của ngành trong và ngoài nước ngày càng nhiều, tạo ra sự canh tranh rất mạnh mẽ giữa các sản phẩm.Điều này đã khiến cho các nhà sản xuất phải tạo ra các sản phẩm không những dừng lại ở giá thành rẻ mà chất lượng, mẫu mã của sản phẩm cũng phải được nâng cao hơn. Vì vậy mà vai trò của điều hoà không khí là rất quan trọng, nhất là ở nước ta, một nước có khí hậu nóng và ẩm. Giấy là một loại sản phẩm chịu ảnh hưởng nhiều tác động của yếu tố môi trường. Nhiệt độ cao cùng với độ ẩm cao sẽ làm cho sự liên kết trong giấy giảm, làm giảm độ bền, phát sinh nấm mốc, độ ẩm thấp, nhiệt độ cao sẽ là cho giấy cứng, khô, giấy bị co ngót ảnh hưởng tới mẫu mã và chất lượng. Tóm lại để sản phẩm giấy giữ được chất lượng tốt nhất phải có một không gian bảo quản phù hợp. Để đảm bảo được yêu cầu này thì vai trò của điều hoà không khí là vô cùng quan trọng. Điều hoà không khí trong khi bảo quản giấy sẽ giúp cho giấy giữ được chất lượng trong thời gian dài, giúp cho sản phẩm có khả năng cạnh tranh. Sản phẩm giấy nhờ đó có khả năng điều tiết được số lượng khi đầu vào không ổn định, qua đó ổn định được giá cả, ổn định được sự phát triển của cơ sở sản xuất. Tóm lại điều hoà không khí trong quá trình bảo quản giấy có ý nghĩa rất quan trọng tạo khả năng cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường, thúc đẩy và ổn định tình hình phát triển của cơ sở sản xuất, tạo ra sự thu nhập ổn định cho người lao động và cho đất nước. Chương II Mô tả công trình và tính toán nhiệt. 2.1. Mô tả công trình 2.1.1. Giới thiệu công trình - Công trình điều hoà không khí là một trong những dự án của trường Quốc tế tại Hà Nội. - Công trình là tầng trệt thuộc khu 2 của khu học đường bao gồm 5 phòng yêu cầu điều hoà không khí (chiều cao của công trình là 4m, trong đó chiều cao thực tính toán là 3,2m, chiều cao của trần gải là 0,8m). - Kích thước cửa kính lớn (cửa ra vào chính). Chiều rộng: a = 2,5m, chiều cao: h = 2,2m. Diện tích F = a. hb = 5,5m2. - Kích thước cửa kính nhỏ (cửa ra vào các phòng), có 2 loại: Chiều rộng a = 1m, h = 2,2m, diện tích F = 2,2m2 Chiều rộng a = 1,5m, h = 2,2m, diện tích F = 3,3m2 - Kích thước cửa sổ kính: Chiều rộng a = 1,5m Chiều cao h = 1,5m Diện tích F = a. h = 2,25 m2. - Tường bao quanh tiếp giáp với không khí ngoài trời là tường gạch có độ dày 0,3m. Tường tiếp giáp với hành lang và tường ngăn giữa các phòng là tường gạch dày 0,2m. - Tường có kích bao gồm 1,2m (tính từ sàn lên) là tường gạch từ 1,2m trở lên là kính. - Tường kính, kính cửa và kính cửa sổ được làm cùng loại. 2.1.2. Tính toán diện tích sàn, tường kính, tường không có kính, cửa số kính của toàn bộ công trình theo các hướng địa lý. Bảng 2.1: Bảng tính diện tích sàn, tường, cửa. Ký hiệu của phòng cần ĐHKK Diện tích sàn m2 Diện tích tường gạch (m2) Diện tích cửa ra vào và cửa sổ (m2) Diện tích tường kính HĐ HT HN HB HĐ HT HN HB HĐ HT HN HB G1 40,5 4,68 12,78 24 24 3,3 4,5 0 0 9,3 0 0 0 G2 153 27,2 22,7 44,1 31 0 4,5 13,5 6,6 0 0 0 20 G3 153 22,7 27,2 44,1 31 4,5 0 13,5 6,6 0 0 0 20 G4 40,5 12,78 4,68 24 24 4,5 3,3 0 0 0 9,3 0 0 Ghi chú: HĐ: Hướng Đông HT: Hướng Tây HN: Hướng Nam HB: Hướng Bắc. 2.2. Tính nhiệt ẩm thừa của công trình. Mục đích tính toán cân bằng nhiệt cho công trình là xác định nhiệt thừa QT đây là cơ sở để chọn phương án điều hoà không khí (chọn hệ thống, công suất máy và cách bố trí thiết bị). 2.2.1. Chọn cấp điều hoà cho công trình. Để tính toán thiết kế hệ thống điều hoà không khí cần xác định trước các trạng thái không khí trong nhà và ngoài trời. Có nhiều quan điểm khác nhau khi chọn các thông số tính toán của không khí ngoài trời. Theo các tài liệu tham khảo người ta thường chọn nhiệt độ tính toán ngoài trời theo cấp điều hoà không khí. Hệ thống điều hoà không khí được phân làm ba cấp. - Điều hoà cấp I: + Mùa hè chọn tN = tmax; jN = j(tmax) + Mùa đông chọn tN = tmin; jN = j(tmin) - Điều hoà cấp II. + Mùa hè chọn tN = 0,5 (tmax + ); jN = 0,5[j(tmax) + j()] + Mùa đông chọn tN = 0,5 (tmin + ); jN = 0,5[j(tmin) + j()] - Điều hoà cấp III. + Mùa hè chọn tN = ; jN = j () + Mùa đông chọn tN = ; jN = j () Đối với khu học đường do yêu cầu không nghiêm ngặt về nhiệt độ và độ ẩm do đó ta chọn hệ thống điều hoà cấp III. Hệ thống này có ưu điểm hơn so với hệ thống cấp I và cấp II về giá trị kinh tế là giá thành lắp đặt rẻ, vốn đầu tư vừa phải. 2.2.2. Chọn thông số tính toán. Trong tài liệu "Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hoà không khí" có giới thiệu thông số chọn ngoài nhà cho các cấp điều hoà theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5687 - 1992 theo đó độ ẩm ngoài trời tính toán lấy ở thời điểm (13á15) giờ trong ngày tương ứng với tháng tính toán. Thông số tính toán ngoài trời cho khu vực Hà Nội, đối với điều hoà cấp III được cho trong bảng 1.8 [2] theo đó thông số tính toán của không khí ngoài trời là: Nhiệt độ tính toán: ttt = 32,80C. Độ ẩm tính toán: jtt = 66%. Đối với công trình này các thông số được chọn để tính toán cho các gian điều hoà về mùa hè chọn cùng chế độ nhiệt độ và độ ẩm. Khi chọn nhiệt độ trong nhà cần bảo đảm sao cho chênh lệch nhiệt độ ngoài trời và trong nhà không quá lớn: Dt = tN - tT = (6 á 8)0C. Chọn thông số tính toán cho không gian điều hoà. tT = 260C, jT = 66%. Đối với hành lang chọn tHL = 30,50C, jHL = 66%. Với việc chọn như vậy ta xác định được độ chênh nhiệt độ tính toán giữa không khí trong không gian điều hoà và ngoài trời. - Bề mặt bao che tiếp xúc trực tiếp với không khí. Độ chênh nhiệt độ giữa phòng học và không khí ngoài trời: Dt1 = tN - tT = 32,8 - 26 = 6,80C. Độ chênh nhiệt độ giữa hành lang và không khí ngoài trời. Dt2 = tN - tT = 32,8 - 30 = 2,80C. - Bề mặt bao che không tiếp xúc trực tiếp với không khí (tiếp xúc với hành lang). Dt3 = tN - tT = 30 - 26 = 40C. 2.2.3. Tính nhiệt cho công trình. 2.2.3.1. Xác định nguồn nhiệt thừa. Theo tài liệu "Hướng dẫn thiết kế hệ thống điều hoà không khí" có hướng dẫn về phương pháp tính nhiệt thừa như sau: QT = Qh + Qa, W Trong đó: QT - tổng nhiệt thừa. Qh - Tổng nhiệt hiện. Qa - Tổng nhiệt ẩn. Nhiệt hiện là nhiệt chỉ do hiệu nhiệt độ gây nên, nhiệt ẩn là nhiệt do sự bay hơi nước gây nên: Tổng nhiệt hiện Qh: Qh = Qhf + QhN Qhf - Tổng nhiệt hiện của phòng cần điều hoà toả ra, QhN - Tổng nhiệt hiện của không khí từ ngoài trời đưa vào phòng. Tương tự tổng nhiệt ẩn Qa: Qa = Qaf +QaN. Qaf - Tổng nhiệt ẩn trong phòng toả ra; QAN - Tổng nhiệt ẩn của không khí ngoài trời đưa vào phòng. 2.2.3.2. Tính tổng nhiệt hiện của phòng. Qht = Q1 + Q2 + Q3, W Q1 - Nhiệt bức xạ mặt trời vào phòng (qua kính, qua mái nhà); Q2 - Nhiệt truyền qua kết cấu bao che phòng (tường….); Q3 - Nhiệt toả ra từ nguồn nhiệt trong phòng (từ người, đèn, …) a. Nhiệt do bức xạ mặt trời Q1. Q1 = Q11 + Q12 , W. Q11 - Nhiệt bức xạ qua kính, W; Q12 - Nhiệt bức xạ qua mái, W; * Nhiệt bức xạ qua kính Q11. Nhiệt bức xạ qua kính thực tế làm nóng không khí của phòng Q11: Q11 = nt Q'11, W. nt - Hệ số tác dụng tức thời do tính nhiệt của kết cấu bao che cho trong bảng 3 - 6 tài liệu [1]. Q'11 - Nhiệt bức xạ tức thời lớn nhất qua kính vào phòng. Q'11 = A . Rmax . eC. eđs . emm. ekh. em. er, W A - diện tích kính, m2. Rmax - nhiệt bức xạ mặt trời lớn nhất trong ngày vào phòng W/m2cho trong bảng 3 - 5 tài liệu [1]; eC - hệ số kể đến ảnh hưởng độ cao của công trình so với mặt nước biển, thông thường giá trị này nhỏ ta có thể bỏ qua eC = 1; eđs - hệ số ảnh hưởng nhiệt độ đọng sương ts (0C) đang tính khác với nhiệt độ đọng sương của không khí ở mặt biển lấy là 200C: eđs = 1 - . 0,13 emm - Hệ số ảnh hưởng mây mù, khi tính ta lấy trường hợp lớn nhất là lúc trời không có mây nên emm = 1; ekh - hệ số ảnh hưởng của vật liệu làm khung, khung làm bằng kim loại. ekh = 1,17 em - hệ số phụ thuộc vào màu sắc hoặc độ dày của kính, giá trị cho trong bảng 3 - 7 tài liệu [1]. er - Hệ số mặt trời kể đến ảnh hưởng của kính cơ bản khi có màn che bên trong kính. Khi tính bức xạ lớn nhất ta giả thuyết là lúc nén rèm che lên nên hệ số mặt trời eh = 1. * Nhiệt bức xạ và nhiệt truyền qua mái. Nhiệt bức xạ không chỉ truyền qua kính vào phòng mà còn qua kết cấu bao che như mái, tường… ở đây ảnh hưởng bức xạ của tường nhà nhỏ ta có thể bỏ qua và ta chỉ tính cho mái. ảnh hưởng của bức xạ qua mái và nhiệt truyền qua mái được tính gộp vào theo công thức: Q12 = F. k. Dtcf . jm, W F - diện tích mái, m2; jm - ảnh hưởng màu sắc của mái. K - hệ số truyền nhiệt qua mái phụ thuộc vào kết cấu của mái; Dtef - Hiệu nhiệt độ hiệu dụng. Dtef = tNef - tT. tNef = tN + tNef - nhiệt độ không khí trên mái (nhiệt độ ngoài trời hiệu dụng do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đập vào mái rồi phản xạ trở lại). tT - Nhiệt độ ngoài trời; aN - hệ số toả nhiệt của không khí ngoài trời, a = 20W/m2K; eS - hệ số hấp thụ của mái cho trong bảng 3 - 9 tài liệu [1]. R'' = , W/m2 - Nhiệt bức xạ đập vào mái, R - nhiệt bức xạ qua kính vào phòng theo bảng 3 - 5 tài liệu [1]. b. Nhiệt truyền qua tường, trần, sàn… được xác định. * Tính nhiệt Q2. Nhiệt truyền qua tường, trần, sàn… được xác định: Q2 = SQi = SFi . Ki. Dti, W Fi: - diện tích (m2); Ki: - hệ số truyền nhiệt qua tường… W/m2K; Dti: - Hiệu nhiệt độ giữa tN và tT. Nếu tường, … tiếp xúc với không khí ngoài trời: Dti = tN - tT; Nếu tường, … tiếp xúc với không khí của một không gian không có điều hoà: Dti = 0,7 (tN - tT); Nếu tường, … tiếp xúc với không khí của một không gian có điều hoà: Dti = 0, nghĩa là lúc này Qi = 0. Hệ số truyền nhiệt của trần nhà cho trong bảng 3-10 tài liệu [1]. Hệ số truyền nhiệt của kính cửa sổ và kính giếng trời cho trong bảng 3-11 tài liệu [1]. Hệ số truyền nhiệt qua cửa gỗ và kính tường cho trong bảng 3-12 tài liệu [1]. Hệ số truyền nhiệt qua tường gạch được tính: ; W/m2K. ở đây aN = 20 W/m2K (khi tường tiếp xúc với không khí ngoài trời); aN = 10 W/m2K (khi tường tiếp xúc với 1 không gian không điều hoà); aT = 10 W/m2K - hệ số toả nhiệt của không khí trong phòng; Ri - nhiệt trở của lớp vật liệu cấu tạo nên tường, cho trong bảng 3-13 tài liệu [1]. c. Nhiệt hiện toả từ nguồn nhiệt trong phòng Q3. * Nhiệt hiện do người toả Q31 Q31 = n. qh, W qh: nhiệt hiện toả từ một người phụ thuộc vào công việc làm và nhệit độ trong phòng, giá trị cho trong bảng 3-14 tài liệu [1]. n - số người trong phòng, cho ở bảng sau: Phòng Số người G1, G4 40 G2, G3 120 * Nhiệt hiện do đèn chiếu sáng Q32. Yêu cầu về chiếu sáng của công trình là không đặc biệt do vậy có thể sử dụng điều kiện chiếu sáng của Việt Nam để tính toán: mỗi m2 sàn yêu cầu công suất chiếu sáng 12W, nếu sàn có điện tích là F, m2 thì: Q32 = F. 12, W * Nhiệt toả ra từ dụng cụ điện Q33. Công trình là khu học đường phần lớn chỉ sử dụng đèn điện phục vụ cho chiếu sáng do vậy nhiệt toả ra từ dụng cụ điện coi bằng 0. 2.2.3.3. Tổng nhiệt hiện của không khí từ ngoài trời đưa vào phòng QhN. QhN = QhN1 + QhN2. QhN1 - Nhiệt hiện do lượng không khí ngoài trời chủ động đưa vào theo yêu cầu thông gió; QhN2 = Nhiệt hiện do lượng không khí ngoài trời lọt qua khe cửa; QhN1 = 1,23 . LN. (tN - tT), W. QhN2 = 0,39 . V. x (tN - tT), W LN = n. l1, l/s - lưu lượng không khí chủ động đưa vào phòng; n - số người l1 - lượng không khí đưa vào cho một người,tham khảo trong bảng 3-16 tài liệu [1]. V - Thể tích của phòng, m3. x - hệ số không khí lọt xác định theo bảng 3-17 tài liệu [1]. 2.2.3.4. Tính tổng nhiệt ẩn Qa. Tổng nhiệt ẩn Qa: Qa = Qaf + QaN a. Nhiệt ẩn toả từ phòng Qaf. Trong phòng học nhiệt ẩn toả ra chỉ do người ta có: Qaf = n. qa, W. n - số người trong phòng; qa - Nhiệt ẩm toả ra từ một người, W tra bảng 3-14 tài liệu [1]. b. Nhiệt ẩn của không khí ngoài trời đưa vào phòng QaN. Ta có: QaN = QaN1 + QaN2 QaN1 - Nhiệt ẩn do không khí từ ngoài trời chủ động đưa vào; QaN2 - Nhiệt ẩn của không khí lọt vào phòng. QaN1 = 3LN (dN - dT) , W QaN2 = 0,84 . V. x . (dN - dT). W. LN - Lượng không khí chủ động đưa vào phòng (l/s); dN , g/kg - Độ chứa hơi của không khí ngoài trời; dT, g/kg - Độ chứa hơi của không khí trong phòng; V, m3 - Thể tích x - Hệ số không khí lọt. 2.2.4. áp dụng cho công trình. Kết cấu bao che của toàn công trình bao gồm tường xây bằng gạch đỏ, vữa trát xi măng, tường kính, cửa nhôm kính, các vị trí của kết cấu bao che phụ thuộc vào hướng địa lý. Kết cấu bao che trình bày trên hình vẽ 2.1. d 1 d 2 d 1 d k Hình 3.1.a: Kết cấu tường gạch Hình 3.1.b: Kết cấu tường kính Tường gạch của công trình bao gồm 2 loại: - Tường gạch tiếp xúc với không khí ngoài trời có độ dày 0,3m trong đó: + Lớp vữa trát có chiều dày d1 (d1 = 0,015m) + Lớp gạch xây dân dụng d2 (d2 = 0,27m). - Tường gạch làm tường ngăn giữa các phòng với nhau và giữa phòng với hành lang dày 0,2m. + Lớp vữa trát có chiều dày d1 = 0,01m + Lớp gạch có chiều dày d2 = 0,18m Hệ số dẫn nhiệt của lớp vữa trát xi măng l1 = 0,93 W/m.k Bảng 4.11 [2] Hệ số dẫn nhiệt của lớp tường gạch l2 = 0,81 W/m.k Bảng 4.11 [2] Tường kính có chiều dày dK (dk = 0,006m). Hệ số dẫn nhiệt của lớp kính phổ thông lK = 0,76 W/mk. Bảng 4.11 [2] kính tường, kính cửa và kính cửa sổ được làm cùng loại, cùng độ dày. Theo vị trí địa lý mà kết cấu bao che (tường gạch, tường kính, cửa sổ) tiếp xúc trực tiếp với không khí hoặc gián tiếp với không khí do đó hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che được xác định như sau: Tường gạch có hệ số truyền nhiệt được xác định: K = , W/m2K Tường tiếp xúc trực tiếp với không khí là tường gạch dày 0,3m aN=20W/m2K, aT = 10W/m2K. K1 = = 1,94 W/m2K. Tường tiếp xúc gián tiếp với không khí (tiếp xúc với hành lang) là tường gạch có chiều dày 0,2m, aN = 10 W/m2K, aT = 10W/m2K K2 = = 2,26 W/m2K. Kính tường và kính cửa sổ. Kính tiếp xúc trực tiếp với không khí. K1 = = 4,37 W/m2K. Kính tiếp xúc gián tiếp với không khí (hành lang). K2 = = 3,58 W/m2K. Độ chênh lệch nhiệt độ Dt được xác định: Dt = tN - tT 2.2.4.1. Tính cho phòng học G1. 1. Tính nhiệt. a. Tính tổng nhiệt hiện của phòng. Qhf = Q1 + Q2 + Q3, W Q1 - Nhiệt bức xạ mặt trời vào phòng, W; Q2 - Nhiệt truyền qua kết cấu bao che phòng, W; Q3 - Nhiệt toả ra từ nguồn nhiệt trong phòng, W. * Tính nhiệt bức xạ mặt trời vào phòng Q1, W. Q1 = Q11 + Q12 , W Q11 - Nhiệt bức xạ qua kính, W; Q12 - Nhiệt bức xạ qua mái, W. - Nhiệt bức xạ qua kính Q11, W Q11 = nt. Q'11, W. nt - hệ số tác dụng tức thời do tính nhiệt của kết cấu bao che tra theo bảng 3-6 [1]. gS (kg/m2 sàn) - Khối lượng của tường nhà ứng với 1m2 sàn chọn gs ³ 700 kg/m2 sàn. - Phòng học G1 chỉ có hướng tây tiếp xúc với không khí ngoài trời có diện tích cửa sổ là: F = 4,5m2. Giá trị hệ số tác động tức thời do tính nhiệt của kết cấu bao che ứng với hướng tây nt = 0,65 (là số lớn nhất vào lúc 5 giờ chiều). Q'11 - Nhiệt bức xạ tức thời lớn nhất qua kính vào phòng. Q'11 = F. Rmax . eC . eđs . emm . ekh . em . er , W. F(m2) diện tích kính. F = 4,5 m2. eC - ảnh hưởng của độ cao công trình so với mặt nước biển (giá trị nhỏ ta có thể bỏ qua eC = 1). eđs - hệ số ảnh hưởng nhiệt độ đọng sương đang tính khác với nhiệt độ đọng sương của không khí ở mặt biến lấy là 200C. eđs = 1 - . 0,13 Từ tN = 32,80C. jN = 66% ta tra được nhiệt độ đọng sương tS từ đồ thị t-d của không khí ẩm (từ giao điểm của tN và jN kẻ đường thẳng d = const cắt j=100%, từ đó tìm ts). tS = 25,50C eđs = 1 - . 0,13 = 0,93 emm - ảnh hưởng của mây mù, ta lấy lúc trời không có mây. emm = 1; ekh - tất cả các cửa đều là khung kim loại (nhôm) ekh = 1,17 em - Hệ số phụ thuộc vào mầu sắc. ở đây tất cả các kính đều là kính trong dày 6mm theo bảng 37 [1], hệ số em = 0,94. er - hệ số ảnh hưởng của rèm khi tính bức xạ lớn nhất giả thuyết là lúc vén rèm, hệ số er = 1. Vậy ta có: Q'11 = F. Rmax . 1 . 0,93 . 1 . 1,17 . 0,94 . 1 Q'11 = F. Rmax. 1,023, W Từ bảng 3 -5 [1] ở tháng 6 theo hướng tây, Hà Nội ở về vĩ độ 200 Bắc giá trị nhiệt bức xạ lớn nhất qua kính cơ bản là Rmax = 505 W/m2. (Vào lúc 4 giờ chiều). Vậy ta có: Q'11 = 4,5 . 505 . 1,023 = 2324,77 W. Q11 = nt . Q'11 = 0,65 . 2324,77 = 1511,1 W. - Nhiệt bức xạ và nhiệt truyền qua mái Q12 W. ảnh hưởng của bức xạ qua mái và nhiệt truyền qua mái được tính gộp vào theo công thức: Q12 = F . K . Dtcf . jm , W. F - Diện tích mái (m2) Mái của công trình là mái bằng do vậy diện tích mái F = 40,5 m2. jm - ảnh hưởng màu sắc của mái. Coi mái mầu nâu xẫm jm = 1. Cấu trúc của mái phẳng như hình 3-2. Bitum Cách nhiệt Vữa Bê tông Không khí Trần giả Hình 3-2: Trần mái phẳng - Ta chọn mái bê tông dày 100mm có lớp vữa xi măng dày 25mm trên có lớp chống thấm bằng bitum, trần giả bằng gỗ dày 12mm, lớp cách nhiệt bằng bông khoáng dày 50mm. Tra bảng 3-8 [1] ta tìm được hệ số truyền nhiệt, K = 0,546 W/m2K. Dtcf - Hiệu nhiệt độ hiệu dụng. Dtcf = tNcf - tT. tNcf = tN + ở đây tT = 2560C, tN = 32,80C, aN = 20W/m2K. Theo bảng 3-9 [1] hệ số hấp thụ của lớp bitum trên cùng eS = 0,91 (ta lấy loại giống giấy dầu lợp nhà để thô) ta có R": R" = , W/m2 - Nhiệt bức xạ đập vào mái. R - Nhiệt bức xạ qua kính vào phòng theo phương nằm ngang (mái nằm ngang) vào tháng 6 (là tháng nóng nhất) ở Hà Nội (200 Bắc) có giá trị lớn nhất R = 789 W/m2 vào lúc 12 giờ trưa (tra theo bảng 3 - 85 [1]). Vậy bức xạ đập vào mái R": R" = = 897 W/m2 TNcf = 32,8 + = 73,60C. Dtcf = 73,6 - 26 = 47,40C. Vậy tổng nhiệt bức xạ và truyền qua mái của phòng: Q12 = 40,5 . 0,546 . 47,4 . 1 = 1048,1 W. * Nhiệt truyền qua kết cấu bao che phòng Q2, W. Nhiệt truyền qua tường, trần, sàn… được tính theo: Q2 = SQi = SFi . ki . Dti, W ki: Hệ số truyền nhiệt được xác định như trên, W/m2K. Fi: điện tích tường, kính, sàn, trần … giá trị tra ở bảng 2-1. Dti - Độ chênh nhiệt độ xác định ở trên. Tường hướng Bắc là tường gạch tiếp xúc với hành lang. Dt = 30 - 26 = 40C QBt = FB . k2 . Dt = 24 . 2,26 . 4 = 216,9 W. Tường hướng Nam là tường tiếp xúc với phòng G2 (phòng có điều hoà) Dti = 0, Q = 0. Tường phía đông tiếp xúc với hành lang Dt = 40C. - Nhiệt truyền qua gạch. - Nhiệt truyền qua kính. QG = FG . KG . Dt, W. = 4,68 . 2,26 . 4 = 42,3 W. QK = FK. kK. Dt, W = 12,6 . 3,58 . 4 = 180,4 W. = 42,3 + 180,4 = 222,7 W. Tường phía tây tiếp xúc trực tiếp với không khí ngoài trời. Dt = 32,8 - 26 = 6,80C. = + . - Nhiệt truyền qua gạch hướng tây. = Fg. Kg . Dt, W = 12,78 . 1,94 . 6,8 = 168,6 W. - Nhiệt truyền qua kính hướng Tây. = FK . KK. Dt, W. = 4,5 . 4,37 . 6,8 = 133,7 W. = 168,6 + 133,7 = 302,3 W. Truyền nhiệt qua nền: Ta tính nhiệt truyền qua nền theo phương pháp dải nền tài liệu [3]. Nền được chia làm bốn dải, mỗi dải có bề rộng 2m, riêng dải thứ tư là phần còn lại của nền. Hệ số truyền nhiệt ki của mỗi dải nền có trị số như sau: Dải I có hệ số truyền nhiệt k1 = 0,5 W/m2. K; Dải II có k2 = 0,2 W/m2. K; Dải III có k3 = 0,1 W/m2. K; Dải IV có k4 = 0,07 W/m2. K; Diện tích các dải nền được xác định như sau: F1 = 2 . (2 . a + 2. b) = 4 (a + b), m2; F2 = 2 . [2 . (a - 4) + 2. (b - 8)] = 4. (a + b) - 48 = F1 - 48, m2; F3 = 2 . [2 . (a - 8) + 2. (b - 12)] = F1 - 80, m2; F4 = a.b - (F1 + F3) = a. b + 128 - 3F1, m2;. Do diện tích của phòng nhỏ hơn 48m2 nên ta chỉ tính cho một dải nền. QN = FN. KN . Dt , W Với FN = 40,5m2; KN = 0,5 W/m2K. QN = 40,5 . 0,5 . 6,8 = 137,7 W. Vậy Q2 = 216,9 + 0 + 222,7 + 302,3 + 137,7 = 879,6 W. * Kiểm tra đọng sương cho mùa hè. Theo tài liệu [1] ta có công thức: KMax = aN. ở đây: aN = 20 W/m2K . tN = 32,80C, = 25,5, tr = 260C. kmax = 20. = 21,47 W/m2K. Ta nhận thấy hệ số truyền nhiệt qua tường, kính, sàn… đều nhỏ hơn kmax. Vậy không có đọng sương. * Nhiệt toả ra từ nguồn nhiệt trong phòng Q3. W. Q3 = Q31 + Q32 + Q33 , W. Q31 - Nhiệt do người toả ra. Q32 - Nhiệt do đèn toả ra; Q33 - Nhiệt do máy móc thiết bị. - Nhiệt do người toả ra Q31, W. Q31 = nđ. Q'31 nđ - Hệ số tác dụng không đồng thời của người. Tra bảng 3-15 [1] ta lấy nđ = 0,8. Q'31 - Nhiệt do người toả ra. Q'31 = nqh. n - số người. qh - nhiệt hiện toả ra của 1 người, tra theo bảng 3-14 [1]. ở nhiệt độ trong phòng tT = 260C với người hoạt động nhẹ Ta có qh = 60W. Chọn số người trong phòng n = 40 người. Q31 = nđ. n . qh = 0,8 . 40 . 60. = 1920 W. - Nhiệt hiện toả ra từ đèn Q32. Q32 = 40,5 . 12 = 486 W. - Nhiệt toả ra do máy móc thiết bị Q33, W. Do phòng học không sử dụng các thiết bị điện khác ngoài các thiết bị điện phục vụ cho chiếu sáng do vậy Q33 = 0. Vậy Q3 = Q31 + Q32 + Q33. = 1920 + 486 = 2406 W. b. Nhiệt hiện do không khí từ ngoài đưa vào phòng QhN. QhN = QhN1 + QhN2 QhN1 - Nhiệt hiện của không khí chủ động đưa vào phòng theo yêu cầu thông gió. QhN2 - Nhiệt hiện của không khí ở ngoài lọt vào phòng qua khe cửa. * Nhiệt hiện của không khí chủ động đưa vào QhN1. QhN1 = 1,23 LN (tN - tT). LN - Lượng không khí đưa vào phòng. LN = n.l1 (l/s). l1 - lượng không khí đưa vào phòng ứng với 1 người. Từ bảng 3 - 16 [1] ta chọn l1 = 7,5 l/s Ln = 40 . 7,5 = 300 l/s. QhN1 = 1,23 . 300 (32,8 - 26). = 2509,2 W. * Nhiệt hiện do không khí từ ngoài lọt qua khe cửa QhN2. QhN2 = 0,39 . V . x (tN - tT), W V - Thể tích của phòng m3. x - Hệ số không khí lọt tra bảng 3 - 17 [1] ứng với thể tích phòng nhỏ hơn 500m3 ta được x = 0,7. V = 40,5 . 3,2 = 129,6 m3. QhN2 = 0,39 . 129,6 . 0,7 (32,8 - 26). = 240,6 W. c. Tính nhiệt ẩn từ phòng Qaf. Qaf = Qaf + QaN Qaf - Nhiệt ẩn từ phòng toả ra. QaN - Nhiệt ẩn do không khí ở ngoài trời có độ ẩm cao đưa vào phòng. * Xác định nhiệt ẩn từ phòng Qaf. Qaf = nđ. Q'af = nđ. n . qa , W nđ - Hệ số tác động không đồng thời của người tra bảng 3 - 15. Ta chọn nđ = 0,8. qa = nhiệt ẩn toả ra từ một người từ bảng 3 - 14 ở nhiệt độ trong phòng 260C, ta được qa = 60 W. Qaf = 0,8 . 40 . 60 = 1920 W. * Xác định nhiệt ẩn của không khí đưa vào phòng QaN. QaN = QaN1 + QaN2. QaN1 - Nhiệt ẩn của không khí chủ động đưa vào từ yêu cầu thông gió; QaN2 - Nhiệt ẩn của không khí lọt vào phòng. Nhiệt ẩn của không khí chủ động đưa vào QaN1. QaN1 = 3. LN (dN - dT), W. LN - tính như ở trên ta có LN = 300 l/s Từ tN = 32,80C, j = 66% theo đồ thị không khí ẩm ta được độ chứa hơi của không khí ngoài trời dN = 21 g/kg. Từ tT = 250C ; jT = 66% ta có độ chứa hơi của không khí trong phòng dt=14 g/kg. Khi kể đến hệ số tác động không đồng thời của người nđ = 0,9. QaN1 = 3. 300 . 0,8 (21 - 14) = 5040 W. Tổng nhiệt ẩn của không khí lọt QaN2. QaN2 = 0,84 . V . x (dN - dT), W Các hệ số được tính toán ở phần trên với x = 0,7. QaN2 = 0,84 . 129,6 . 0,7 (21 - 14). = 533,4 W. 2.2.4.2. Tính nhiệt cho các phòng còn lại. Sau khi tính toán cho các bước lần lượt như trên được kết quả ghi trên bảng 2.2. Bảng 2-2. Bảng tính nhiệt thừa Phòng Nhiệt hiện thừa, nhiệt ẩn thừa G1 Nhiệt bức xạ qua kính Q11 1511,1 W Nhiệt bức xạ và nhiệt truyền qua mái Q12 1048,1 W Nhệt truyền qua kết cấu bao che phòng Q2 879,6 W Nhiệt hiện tỏa do người Q31 1920 W Nhiệt hiện toả ra từ đèn Q32 486 W Nhiệt hiện toả ra từ thiết bị điện Q33 0 W Nhiệt hiện của không khí chủ động đưa vào phòng QhN1 1509,2 W Nhiệt hiện do không khí từ ngoài lọt qua khe cửa QhN2 240,6 W Tổng nhiệt hiện Qh 8594,6 W Nhiệt ẩn từ phòng Qaf 1290 W Nhiệt ẩn của không khí chủ động đưa vào QaN1 5040 W Nhiệt ẩn của không khí lọt qua khe cửa QaN2 533,4 W Tổng nhiệt ẩn Qa 7493,4 W Tổng nhiệt thừa 16088 W G2 Nhiệt bức xạ qua kính Q11 1918,2 W Nhiệt bức xạ và nhiệt truyền qua mái Q12 3959,7 W Nhiệt truyền qua kết cấu của bao che phòng Q2 2592 W Nhiệt hiện toả ra do người Q31 5760 W Nhiệt hiện toả ra từ đèn Q32 1836 W Nhiệt hiện của không khí chủ động đưa vào QhN1 7527,6 W Nhiệt hiện của không khí lọt vào phòng QhN2 908,8 W Tổng nhiệt hiện 24502,3 W Nhiệt ẩn của phòng Qaf 5760 W Nhiệt ẩn của không khí chủ động đưa vào QaN1 15120 W Nhiệt ẩn của không khí lọt qua khe cửa QaN2 2015,2 W Tổng nhiệt ẩn Qa 26675,2 W Tổng nhiệt thừa Q 47398 W G3 Nhiệt bức xạ qua kính Q11 1848,4 W Nhiệt bức xạ và nhiệt truyền qua mái Q12 3959,7 W Nhiệt truyền qua kết cấu của bao che phòng Q2 2592 W Nhiệt hiện toả ra do người Q31 5760 W Nhiệt hiện toả ra từ đèn Q32 ._.